轨道交通岩土工程勘察数据采集服务系统设计与实现

唐 超 ，侯海倩 ，马全明 ，胡晓飞

（1.北京城建勘测设计研究院有限责任公司，北京 100101；2.城市轨道交通深基坑岩土工程北京市重点实验室，北京 100101）

1 发展现状

轨道交通通常指的是在地面或者地下轨道上运行的交通。相较于传统的公路建设或者其他城市工程施工建设的勘探情况，岩土勘察外业原始数据采集是工程地质勘察过程中的一项基础性工作，采集的原始数据是整个工程地质勘察的第一手资料，也是工程地质勘察信息化建设的数据源头，数据的真实性和客观性对岩土工程地质成果的研究和整个工程建设具有重要意义。轨道交通岩土工程勘察产生的数据量庞大，数据类型复杂，如何将勘察过程中采集的数据准确地记录并实时上传尤为重要。随着大数据、互联网及物联网等信息化技术的快速发展，传统的岩土工程勘察外业数据的采集、编录及勘察成果资料管理的方式已经不能满足日益更新的用户需求。同时，呈现出很多工程勘察外业工作效率的弊端，如外业用纸笔记录完之后，不能快速将外业数据直接数字化，形成的成果资料往往都是以纸质档案的形式存放，不利于二次利用，在数据重复录入过程中容易出错，甚至在施工过程中岩土勘察数据被人为篡改等，这些因素在不同程度上制约了岩土工程勘察行业的信息化发展。2017年，住房和城乡建设部发布了《住房城乡建设部关于开展工程质量安全提升行动试点工作的通知》(建质[2017]169号)，确定在北京等7省市进行勘察质量管理信息化试点，要求通过数据实时上传等信息化监管方式，推动勘察现场、实验室行为和成果的质量监管标准化。无论是市场需求，还是国家政策层面，实现工程地质勘察外业原始数据采集、数据的信息化处理[1-4]已经是迫在眉睫。

笔者深入分析了轨道交通岩土工程勘察野外作业流程[5]，参考了该行业现有的技术方法[6-10]，与工作在一线的项目负责人、工程师、描述员和司钻员进行了详细沟通后，依据现行规范要求，利用Java语言设计开发了轨道交通岩土工程勘察数据采集系统。该系统能够为岩土工程勘察数据采集提供技术保障，实现野外原始数据无纸化采集、成果资料信息化展示，形成勘察工程数据的一体化、智能化管理的智慧勘察生态圈，对后期的工程设计和决策具有十分重要的意义。

2 总体思路

2.1 建设目标

1) 改善传统纸质生产环节，打通各项外业采集环节的数据连接，利用贯通的数据链路，使不同的内外业处理人员能够实时查看上一工作人员的处理信息及工作情况，彻底消除勘察外业数据与内业处理衔接的数据孤岛。

2) 通过实时准确地上传数据，能保证数据的真实性、准确性和实时性。同时，借助手机地理信息采集功能，可准确获得外业工作的情况，减少人为误差，准确上传勘察位置。

3) 提升项目管理人员对现场施工和数据记录情况的了解和监管，顺利完成工程地质勘察项目从设计、施工到后期成果汇交的一体化、信息化过程。

2.2 总体框架

由于工程地质勘察项目外业数据基本在户外采集，项目相关管理人员需要在室内及时进行数据汇合处理，因此该系统基于BS+APP进行整体系统架构和开发，总体技术框架结构如图1所示。

图1 技术框架Figure 1 Technical framework

3 技术路线

3.1 PC端

系统 PC端采用 SSH框架(Struts、Spring和Hibernate)进行开发，从逻辑上将系统分为多层，如图2所示。在表示层和控制层，采用JSP+Struts2作为页面跳转的流程引擎，Struts是基于 MVC(model view controller)设计模式的最为经典的 Web应用框架，通过它可以有效地实现页面与页面之间的流转和控制；在业务层，采用 Spring保证组件之间的松耦合性，利用 Spring的依赖注入机制来保证组件之间完全解耦；在持久层，采用Hibernate实现对持久层的管理，并作为ORM(对象、关系、属性)工具，Hibernate是一个面向Java环境的对象/关系型数据库映射工具，进行了MVC分层设计开发，提高程序的可扩展性以及可维护性。

图2 SSH框架Figure 2 Framework of SSH

3.2 手机端

系统手机端采用MVP + Retrofit2.0 + Rxjava框架进行开发。MVC模式能够满足其复杂性和丰富性，更适合于服务器端的 Web开发，而 MVP(Model-View-Presenter)是MVC的改良模式。在MVP模式下，View层变得简单，任务和Activity分离，不会导致内存泄露，也不依赖于Activity的重建等，这些优点更适合于APP的开发。

3.3 服务器端

系统的服务端数据库采用体积小、运行快、总体成本低的MySQL5.5，移动端APP采用SQLite数据库，开发语言采用跨平台性较好的Java。

4 工作流程

轨道交通岩土工程勘察数据采集服务系统的最终目的是提供数据服务，服务器端的主要目的是进行项目管理、数据管理和数据对接。其中，数据对接的主要对象有政府勘察质量监管平台、数据统计分析系统、数据核查归档系统。APP客户端的主要任务是数据采集，以及人员信息、工作信息的获取等。

4.1 服务器端

服务器端设置管理员账户，管理员账户具备最高权限，可进行企业相关信息管理、企业人员(角色分为审核人、项目负责人、技术负责人、机长、描述员)管理、项目综合管理、数据管理等。服务器端具体工作流程如图3所示。

图3 服务器端工作流程Figure 3 Server workflow

4.2 客户端

客户端APP是外业数据采集的工具，主要用户为机长和描述员，除了采集生产性数据外，还会对勘察人员的工作规范和安全生产等信息进行记录，具体流程如图4所示。

5 应用实践

岩土工程勘测数据采集服务系统已在全国近 80个项目中得到了推广应用，充分证明了该系统的功能性和实用性。

5.1 服务器端

基于 BS构架建立勘察信息服务平台，对工程勘察的项目、人员、数据、勘察工作相关规范等进行管理和发布，同时可以发布相关的政策法规、项目进展、安全检查、环境保护等信息。在项目管理中，实现项目基础信息的设定和发布，同时将设计工作量上传到服务器，指导外业数据采集工作，使勘察工作外业采集的数据快速入库和高效管理。

5.1.1 信息发布

在信息发布页面(即系统的主页)，项目负责人可以看到目前最新的勘察咨询和相关政策，以及周边各项目的进展情况。一方面，方便项目负责人把控项目的进展；另一方面，项目负责人可以根据政策变化，适当调整项目的勘察要求。信息发布模块页面如图5所示。

图5 信息发布功能Figure 5 Information release function

5.1.2 项目管理

项目负责人在服务器端创建项目，并填写项目的相关信息，然后可对项目进行管理、打开或者关闭等操作。在项目管理里面，可以添加项目的钻孔来开展后续的工作，待审核人审核通过该项目后，会产生唯一标识的项目序列号，外业描述员通过关联该项目序列号，可以进入该项目，然后进行相关工作和上传数据。项目管理模块的页面如图6所示。

图6 项目管理功能Figure 6 Project management function

5.1.3 钻孔发布

在项目开始之前，首先要设计项目的具体工作量，外业的描述人员关联完项目后，成为该项目的描述成员，钻孔数据要上传到相应的钻孔中。岩土工程勘察工作的钻孔任务一般有数十甚至上百个，因此系统设计了单孔任务发布和批量导入钻孔的功能。钻孔发布模块的页面如图7所示。

图7 工作量列表Figure 7 Workload list

5.1.4 数据处理

数据处理功能包括数据导出与打印，目前岩土工程勘察项目有标准化的外业原始记录班报表，传统的勘察工作模式需要在外业描述完后再进行汇总整理，需要大量重复性的记录工作，容易在复录过程中出现错误，系统在外业描述人员上传数据后，可以直接进行原始班报和现有数据系统数据格式的导出，大大减少了重复性的工作，提高了工作人员的工作效率。数据处理模块导出页面的格式如图8所示。

图8 导出工作表Figure 8 Data processing features

5.2 移动客户端

工程地质勘察外业数据录入 APP分为信息管理模块和勘察记录模块。

5.2.1 信息管理模块

信息管理模块可编辑用户包含钻探机长和勘察编录人员，在信息管理模块内可以对项目信息、个人信息、时间信息、位置信息、相关数据状态和钻机信息进行管理。同时，勘测院的信息服务平台所发布的项目信息、勘察工作量信息，可以直接关联到APP的信息管理模块内。项目信息管理的界面如图9所示。

图9 项目详情Figure 9 Project details

5.2.2 勘察记录模块

在勘察记录模块中，客户端编录人员可以完善并记录回次进尺、岩土描述、取土记录、标贯记录、动探记录、水位记录、取水记录和其他备注记录的信息等，所获取的原始外业数据可以上传到信息服务平台进行管理。钻孔数据管理的界面如图10 所示。

图10 钻孔列表、添加钻孔Figure 10 Drill list and adding of drills

6 结语

该系统在轨道交通岩土工程勘察项目中，完成了信息化钻孔记录工作，能够实时获取外业的第一手资料；同时在外业描述过程中，记录现场的定位信息和时间信息，对外业工作的质量和规范进行监督和核查。在钻孔描述记录的过程中，系统采用单选或者多选的方式进行描述，节省了外业描述人员的记录时间，并且规范了其描述用词，为以后的内业数据自动化整理和分析打下了良好的数据基础；该系统接口开放，可以对接政府的工程勘察质量管理部门，协助做好工程勘察的质量监管工作，在岩土工程勘察工作中能起到提高工作效率、提升工程质量的良好作用。

由于一些客观因素的影响，系统目前仍存在一定的不足，例如在系统开发过程中，会遇到手机GPS定位精度偏差较大、服务器网络不稳定、外业描述人员操作不规范等问题。基于此，系统在钻孔的精确定位上不能直接使用手机GPS定位的坐标，需要导入后期测量人员的收孔坐标作为钻孔的精确定位信息。另外，由于岩土工程勘察数据的重要性，后期还需要对数据传输的安全性进行考虑，避免数据被截获丢失，给勘察单位造成损失。

随着信息化技术的不断发展，岩土工程勘察工作在不久的将来必定会取消纸质记录的工作，实现数据采集、数据上传、数据分析、数据管理、报告生成、数据使用一体化的工作模式；岩土工程勘察数据采集服务系统作为工程勘察信息化的重要组成部分，在今后也将更加完善。